【正文】 pH檢測與控制 11 溫度檢測與控制 12 壓力檢測與控制 12 溶解氧檢測與控制 13 本章小結 14第四章 控制系統(tǒng)的硬件設計……………………………………………….......15 15 微處理系統(tǒng) 16 單片機AT89S52 16 鍵盤電路設計 17 顯示電路設計 18 與PC機的通信 19 數(shù)據(jù)采集電路工作原理 21 溫度傳感器LM35 21 放大電路 22 AD轉換器ADC0809 22 蜂鳴器報警電路 23 驅(qū)動電路 24 D/A轉換器DAC0832 24 V/I轉換 25 本章小結 26第五章 控制系統(tǒng)的軟件設計………………………………………………….. 27 主程序 27 PID數(shù)據(jù)處理模塊 28 常規(guī)PID控制算法 28 本溫度控制系統(tǒng)PID控制算法 30 控制系統(tǒng)的防干擾措施 32 干擾的來源分析 32 系統(tǒng)硬件防干擾措施 32 系統(tǒng)軟件防干擾措施 32 其他防干擾措施 33 本章小結 33結論……………………………………………………………………………….34致 謝…………………………………………………………………………….. 35參考文獻………………………………………………………………………….36第一章 緒論啤酒生產(chǎn)是一個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，根據(jù)啤酒生產(chǎn)的特點和要求，通常把一個完整的生產(chǎn)工藝劃分為糖化、發(fā)酵和灌裝三大過程。在發(fā)酵罐中設置上、中和下三個測溫點，控制系統(tǒng)對這三個測溫點進行循環(huán)檢測，然后將檢測到的溫度信號送到單片機，由單片機通過具體程序?qū)σ陨先齻€信號進行處理。在啤酒發(fā)酵自動控制系統(tǒng)中結合先進的控制算法,可以更加精確地控制物理參數(shù),并且對啤酒發(fā)酵過程中所具有的大時滯、時變、大時間常數(shù)的特點,有針對性的解決。采用先進的計算機控制技術與多層網(wǎng)絡結構及先進控制算法對生產(chǎn)工序進行自動控制，主要特點為多采用 PLC控制。先進的算法程序與硬件的高可靠性保證生產(chǎn)過程嚴格按照設定的工藝參數(shù)執(zhí)行。 國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動控制存在的問題盡管目前我國啤酒發(fā)酵技術已處于世界領先地位，但是目前我國的啤酒發(fā)酵技術還存在如下的不足：（1）控制方法問題。因此，對發(fā)酵過程計算機控制技術的研制、實現(xiàn)、推廣和國產(chǎn)化，會大大提高我國發(fā)酵生產(chǎn)行業(yè)的自動化水平，提高生產(chǎn)率，降低成本，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 本章小結近十年來，雖然我國的啤酒產(chǎn)銷量都處于世界領先水平，我國的啤酒裝備配套水平也有了很大的提高，但是和國外相比，由于我國的啤酒產(chǎn)業(yè)起步較晚，尤其是成套設備差距較大，自動化程度比較低，因而產(chǎn)品生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)質(zhì)量也不高，啤酒能耗較大，這都是我國啤酒工業(yè)亟待解決的問題。麥汁接種酵母進入發(fā)酵罐幾小時以后逐漸開始主發(fā)酵，麥汁糖度下降，產(chǎn)生CO2，反應熱的釋放使整個罐內(nèi)的溫度逐漸上升。通常，發(fā)酵液溫度要求控制在給定溫度的177。 啤酒發(fā)酵工藝[6] 近20年來啤酒發(fā)酵罐有很大的變革，大容量露天錐形發(fā)酵罐逐漸為各國啤酒廠所樂意采用，并推廣錐形罐發(fā)酵工藝。根據(jù)啤酒發(fā)酵的工藝要求，當啤酒的發(fā)酵溫度高于工藝要求的溫度時，打開冷媒，通過啤酒罐罐壁的冷卻帶給啤酒降溫；當發(fā)酵溫度低于工藝要求的溫度時，關閉冷媒，則啤酒按工藝要求繼續(xù)發(fā)酵，整個發(fā)酵過程大約20多天完成。近代對啤酒發(fā)酵一系列生化變化的研究成果，使傳統(tǒng)發(fā)酵工藝得以改進，發(fā)酵時間縮短。利用溶氧的變化，可了解菌體對氧利用的規(guī)律，反映發(fā)酵的異常情況，也可作為發(fā)酵中間控制的參數(shù)及設備供氧能力的指標。如同溫度對發(fā)酵影響一樣，pH值對產(chǎn)物穩(wěn)定性也有影響。發(fā)酵后期菌體處于衰老狀態(tài)，耗氧量自然減弱。一般好氧微生物c臨界很低，～／L，需氧量一般為25～100mmol／(L壓力的改變，會導致微生物細胞形態(tài)，細胞膜通透性以及胞內(nèi)代謝通量的改變，直接影響微生物的生物轉化效率。 pH的控制方法如今用的比較多的是補料的方法來調(diào)節(jié)pH，以生理酸性物質(zhì)(硫酸銨)和堿性物質(zhì)(氨水)來控制。發(fā)酵罐內(nèi)的溫度值是通過罐內(nèi)的溫度傳感器進行信號的采集，并通過測量電路將其轉換為15V的電壓信號送入A/D轉換器，經(jīng)過模數(shù)轉換后將數(shù)字量送入計算機，計算機則通過預設的算法進行運算，然后得到相應的控制信號送入驅(qū)動放大電路，驅(qū)動控制閥控制冷媒的流量來控制發(fā)酵罐的溫度。在微生物發(fā)酵過程中，溶解氧濃度與其它過程參數(shù)的關系極為復雜，受到生物反應器中多種物理，化學和微生物因素的影響和制約。實驗表明，在發(fā)酵基質(zhì)中添加5％正十二烷，可明顯地提高發(fā)酵介質(zhì)中的溶氧水平，改善供氧條件，維持溶氧的相對穩(wěn)定，增加菌體濃度，提高發(fā)酵水平(21％左右)。即使是專性好氣菌，過高的DO對生長可能不利。然后根據(jù)比較之后所得的余差給控制閥發(fā)出相應的控制信號。因此本系統(tǒng)采用ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機作為檢測系統(tǒng)的核 心部件，AT89S52 單片機是 AT89S 系列單片機中的一種，它是 AT89C52 系列單片機的更新?lián)Q代產(chǎn)品，AT89C52 現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制等各領域的，它具有 89C52 的全部功能。 鍵盤電路設計本次設計為44的矩陣鍵盤，這樣的設計可以有效的減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O接口。在顯示電路中，需要使用到74LS48集成芯片。本課題設計的是基于AT89S52 單片機的溫度控制系統(tǒng)，是針對一個發(fā)酵罐的，獨立的完成此發(fā)酵罐的溫度控制，但是作為集散系統(tǒng)中的下位機還要具有向上位機傳送發(fā)酵罐在反應過程中的參數(shù)的功能，以及從上位機接受發(fā)酵罐的參數(shù)設定和修改功能。由于單片機和 PC 機的 RS232 接口不能直接“握手”，必須進行電平轉換。傳輸速率為 10Mb/s 時電纜長度可達 120m，如采用 90Kb/s 低速傳送，距離可達 1200m。1/4℃的準確率。1/4℃；（9）在靜止空氣中,自熱效應低,℃的自熱； 放大電路將LM35 的輸出電壓放大5倍(注:根據(jù)發(fā)酵溫度的變化范圍和溫度傳感器的靈敏度,將電壓放大器的電壓放大倍數(shù)整定為5倍) ,使放大器輸出電壓限制在不大于5V的范圍(給定溫度對應值要在5V 范圍之內(nèi)) ,以便與單片機的電平相匹配。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內(nèi)部結構如上圖所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。與微處理器完全兼容。V/ I 轉換電路使用集成電路AD694 ,AD694 是美國AD 公司生產(chǎn)的V/ I 變換器,轉換精度高、使用方便、通過改變引腳的不同接法,可以選擇多種電壓輸入范圍,對應輸出4～20mA 或0～20mA 電流信號。根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)的反應過程，需要實時循環(huán)顯示三路冷卻溫度、發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、pH以及在參數(shù)設定時更新的數(shù)據(jù)，同時 LED 顯示器又承擔對發(fā)酵罐反應工藝曲線設定參數(shù)的任務，從而可以達到更好的人機對話。PID控制器的原理是根據(jù)系統(tǒng)的被調(diào)量實測值與設定值之間的偏差，利用偏差的比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)的不同組合計算出對廣義被控對象的控制量。具體如下近似方法：≈ (4) ≈ (5)式中，T為采樣周期，k為采樣序號。當偏差絕對值較大時,暫時取消積分作用。干擾的頻帶很難定量化，交流電源及負載的阻抗很難實測，電源濾波器的特性和實際干擾頻帶也往往有差異。因此，在單片機控制時，這個問題也必須注意。（4）通訊線用雙絞線，排除平行互感。（6）I/O口正確操作，必須檢查口執(zhí)行命令情況防止外部故障不執(zhí)行控制命令。為克服這種影響采用模糊PID控制算法。本系統(tǒng)硬件電路簡單、軟件豐富，調(diào)試、修改方便，可以方便地實現(xiàn)現(xiàn)代化控制規(guī)律和多種功能。最后，我借此機會向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友一并表示謝意！四年大學即將結束，我將珍惜與同學的每一份友誼并祝福他們，希望在以后的道路上所有人能夠越走越遠！參考文獻：[1][J].釀酒，2003（6）:1516[2]，2002[3][J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2002（1）：6466[4][J].啤酒科技，2004（9）：4041[5]杜鋒，[J].釀酒，2002（6）：5052[6][J].化工設備設計，1999,36(2)：710[7]張建民,楊旭. 啤酒發(fā)酵的工藝發(fā)展[J].2007（2）：97100[8]徐鳳霞,[J].齊齊哈爾大學學報，2004,20（1）：6466[9]趙麗娟,邵欣. 基于單片機的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].機械制造，2006 ,44 (1) :74275[10]何立民. 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